Коррозионная стойкость металлов и сплавов: Исчерпывающее руководство | MachineMFG

Коррозионная стойкость металлов и сплавов: Исчерпывающее руководство

0
(0)

Выбор коррозионностойких материалов - наиболее эффективная и упреждающая мера для обеспечения надежной работы металлического оборудования.

Поэтому необходимо иметь представление о коррозионной стойкости различных металлов и сплавов, понимать, какая рабочая среда подходит для каждого материала, и только так можно принять эффективные антикоррозийные меры по борьбе с коррозией металлического оборудования.

1. Коррозионная стойкость железоуглеродистых сплавов

"Сплавы на основе железа (сталь и чугун) являются наиболее часто используемыми металлическими материалами в машиностроении и обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью и хорошими комплексными механическими свойствами в определенных ситуациях. Их коррозионная стойкость тесно связана с коррозионной стойкостью чистого железа.

I. Коррозионная стойкость железа

Железо является термодинамически нестабильным металлом и обладает низкой коррозионной стойкостью по сравнению с металлами, близкими к равновесному потенциалу, такими как алюминий, титан, цинк, хром и кадмий.

Иными словами, по сравнению с этими металлами железо наименее устойчиво к коррозии в природных средах (атмосфера, почва, природная вода и т.д.). Это объясняется следующими причинами:

Перепотенциалы водорода и кислорода для железа и его оксидов относительно низки, поэтому они легко подвергаются коррозии с выделением водорода и коррозии с поглощением кислорода.

Ионы трехвалентного железа, содержащиеся в железной ржавчине и ее растворах, обладают хорошим деполяризующим действием.

Продукты коррозии железа обладают слабыми защитными свойствами.

Железо подвержено коррозии из-за образования ячейки с концентрацией кислорода.

В естественных условиях железо обладает слабой пассивирующей способностью.

При коррозии в большинстве слабокислых, нейтральных и щелочных растворов железо образует нерастворимые продукты коррозии, известные как ржавчина. Ржавчина имеет пористую и рыхлую структуру и не обеспечивает надежной защиты.

В неокислительных кислотах скорость коррозии растет экспоненциально с увеличением концентрации кислоты, но в окислительных кислотах скорость коррозии сначала увеличивается с увеличением концентрации кислоты, а затем быстро уменьшается из-за наступления пассивации.

Органические кислоты обычно слабо влияют на коррозию железа, но коррозия железа может ускоряться при повышении температуры и растворении кислорода. Железо стабильно в щелочных растворах при комнатной температуре.

2. Коррозионная стойкость углеродистой стали

Факторы, влияющие на коррозионную стойкость углеродистой стали, следующие:

1. Химический состав

⑴ Влияние карбона: Влияние карбона. содержание углерода в углеродистой стали оказывает значительное влияние на скорость коррозии углеродистой стали в кислых растворах, но в нейтральных растворах это влияние неочевидно.

В неокислительных и слабоокислительных средах скорость коррозии материала возрастает с увеличением содержания углерода, так как чем больше углерода в стали, тем больше углеродных осадков в структуре, и тем больше образуется микробатарей, что ускоряет скорость коррозии.

В окислительных кислотах скорость коррозии увеличивается с увеличением содержания углерода в начале, а затем снижается, когда содержание углерода достигает определенного уровня, что связано с тем, что увеличение содержания углерода легко способствует пассивации углеродистой стали, и скорость коррозии ослабевает.

В естественной среде и слабокислых водных растворах влияние содержания углерода на скорость коррозии углеродистой стали незначительно.

Это связано с тем, что кислородная деполяризационная коррозия является основным фактором в таких средах, и эффективность защитной пленки на металлическая поверхность и легкость доступа кислорода к поверхности катода в растворе являются основными факторами, а осаждение углерода в стали имеет незначительную связь.

⑵ Кремний и марганец обычно почти не оказывают явного влияния на скорость коррозии.

⑶ Влияние серы и фосфора

Сера негативно влияет на коррозионную стойкость стали, а скорость растворения в кислых растворах увеличивается с ростом содержания серы.

Увеличение содержания серы в стали легко вызывает локальную коррозию. Это связано с тем, что сера обычно присутствует в углеродистой стали в виде FeS и MnS, которые являются анодными примесями, вызывающими питтинг и сульфидное коррозионное разрушение под напряжением.

Фосфор в стали также является активным катодом и вреден в кислых растворах, как сера. Однако фосфор может эффективно повышать коррозионную стойкость стали в атмосфере и морской воде, особенно при совместном использовании с медью, что дает особенно хорошие результаты.

⑷ Влияние примесей

Для углеродистой стали всевозможные примеси снижают коррозионную стойкость.

2. Влияние на структуру

Структура стали зависит от ее состава и состояния термообработки. В целом, чем больше содержание углерода в сталичем больше влияние термообработки на коррозионную стойкость.

При одинаковом содержании углерода гранулированный перлит обладает лучшей коррозионной стойкостью, чем пластинчатый, и чем выше дисперсность, тем выше средняя скорость коррозии.

Коррозионная стойкость непассивированной углеродистой стали находится в тесной зависимости от содержания углерода и термической обработки.

В целом, чем выше содержание углерода, тем хуже коррозионная стойкость; коррозионная стойкость высокоуглеродистой закаленной углеродистой стали хуже, немного улучшается после низкотемпературного отпуска, максимальная скорость коррозии появляется после среднетемпературного отпуска, а после высокотемпературного отпуска скорость коррозии значительно снижается из-за уменьшения площади активной поверхности катода.

3. Коррозионная стойкость низколегированной стали

Низколегированная сталь относится к легированной стали с общим количеством элементы сплава меньше, чем около 5% в углеродистой стали. В соответствии с различными целями в сталь добавляют множество типов легирующих элементов, и их количество также сильно варьируется, поэтому существует множество марок стали с низким содержанием легирующих элементов. легированная сталь.

1. Низколегированная сталь, устойчивая к атмосферной коррозии

Низколегированная сталь, устойчивая к атмосферной коррозии, также известна как атмосферостойкая сталь, а в просторечии - атмосферостойкая сталь.

Эффективными легирующими элементами являются медь, фосфор и хром, которые обогащают поверхность стали и способствуют образованию аморфных состояний, повышая тем самым устойчивость стали к коррозии в атмосферных условиях.

Среди низколегированных сталей, устойчивых к атмосферной коррозии, можно выделить 16MnCu, 10MnSiCu, 09MnCuPTi, 15MnVCu, 10AuRe, 08MnPRe и др.

2. Низколегированная сталь, устойчивая к коррозии в морской воде

В морской среде самые суровые условия для коррозии возникают в зоне разбрызгивания, которая попеременно сухая и влажная, трудно защищаемая и подверженная воздействию морской воды.

Далее следует зона погружения на мелководье.

Влияние легирующих элементов на коррозионную стойкость стали в разных сечениях различно: медь наиболее заметна в повышении коррозионной стойкости стали в зоне распыления, фосфор также оказывает значительное влияние.

Сочетание этих двух компонентов дает лучший эффект. Кремний, молибден могут уменьшить склонность к точечной коррозии стали в зоне распыления, хром и алюминий также оказывают определенное влияние.

На коррозионную стойкость стали в условиях полного погружения наиболее заметное влияние оказывает хром, за которым следуют фосфор, медь, кремний и никель.

Низколегированные стали, устойчивые к коррозии в морской воде, разработанные в Китае, в основном включают 10MnPNbRe, 09MnCuPTi, 10CrMoAl, 10NiCuAs, 10CrMoCuSi и др.

3. Низколегированная сталь, устойчивая к коррозии при высоких температурах и высоком давлении в водороде и азоте

При гидроочистке нефти и производстве синтетического аммиака сталь работает в среде водорода высокой температуры и высокого давления, и углеродная матрица легко подвергается коррозии, взаимодействуя с активными атомами водорода, которые проникают в сталь.

Поэтому в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, образующие с углеродом стабильные карбиды, что повышает стойкость стали к водородной коррозии. Исследования показали, что добавление Cr, Mo и небольшого количества V, Nb и Ti в сталь может повысить ее устойчивость к водородной коррозии.

К низколегированным сталям, устойчивым к высокотемпературной и высоконапорной водородной и азотной коррозии, в Китае в основном относятся 10MoWVNb, 10MoVNbTi, 12SiMoVNb и 0,8SiWMoTiNb; типичная зарубежная антиводородная сталь 2.25Cr1Mo в настоящее время признана одной из лучших антиводородных сталей.

Почти все реакторы гидроочистки в нефтехимической промышленности изготовлены из этой стали.

4. Низколегированная сталь, устойчивая к серной коррозии

В нефтеперерабатывающей промышленности, производстве природного и городского газа требуется большое количество низколегированных сталей для изготовления трубопроводов, резервуаров для хранения и другого оборудования, которое часто работает в серосодержащих средах и подвержено серьезной серной коррозии.

В настоящем исследовании считается, что микроструктура стали является ключевым фактором, влияющим на коррозионное разрушение низколегированных сталей от серы. Образование мартенсит микроструктура стали должна быть строго

2. Нержавеющая сталь и кислотостойкая сталь

Сталь, устойчивая к коррозии в атмосферных условиях и нейтральных электролитах, называется "нержавеющей сталью", а сталь, устойчивая к коррозии в химических реагентах и сильно агрессивных средах, называется "кислотостойкой нержавеющей сталью".

Обычно нержавеющую сталь и кислотостойкую нержавеющую сталь называют просто нержавеющей сталью. Нержавеющая сталь обычно относится к сталям с содержанием хрома более 12%, а термин "нержавеющая" - понятие относительное. Одна и та же сталь может быть нержавеющей в одних условиях, но не в других.

Классификация нержавеющей стали:

По химическому составу она может быть разделена на хромистую сталь, хромоникелевую сталь, хромомарганцевую сталь и т.д.

По микроструктуре сталь можно разделить на мартенситную, ферритную, аустенитную и аустенитно-ферритную двухфазную.

В зависимости от назначения, ее можно разделить на нержавеющую сталь, устойчивую к морской воде, нержавеющую сталь, устойчивую к стресс-коррозии, нержавеющую сталь, устойчивую к серной кислоте и т.д.

I. Коррозионная стойкость хромистой нержавеющей стали

Хромистая нержавеющая сталь относится к нержавеющей стали, содержащей только хром или дополненной небольшим количеством других легирующих элементов, за исключением Fe и C.

Хром является важнейшим легирующим элементом в нержавеющей стали и играет три выдающиеся роли в повышении коррозионной стойкости железных и стальных материалов:

Во-первых, он способствует пассивации сплавов на основе железа, улучшая пассивирующую способность материала;

Во-вторых, он повышает электродный потенциал твердого раствора (обычно анода коррозионной ячейки), то есть термодинамическую стабильность матричной структуры;

В-третьих, на поверхности стали образуется плотная и стабильная поверхностная защитная пленка, что повышает коррозионную стойкость стали.

Мартенситная нержавеющая сталь

Мартенситная нержавеющая сталь В основном включает в себя нержавеющую сталь типа Cr13 (за исключением 0Cr13). Этот тип стали имеет высокое содержание углерода и позволяет получать более высокие прочность и твердость через термическую обработку, но его коррозионная стойкость не так хороша, как у ферритной и аустенитной нержавеющей стали, и чем выше содержание углерода, тем хуже коррозионная стойкость.

Это тип стали подходит для случаев, когда требуются механические свойства и не слишком высокая коррозионная стойкость.

Увеличение содержания хрома в стали и добавление небольшого количества никеля может повысить коррозионную стойкость мартенситная нержавеющая стальНапример, 1Cr17Ni2 - самый коррозионностойкий мартенсит, обладающий хорошей устойчивостью к окислительным кислотам и большинству органических кислот.

Ферритная нержавеющая сталь

Ферритная нержавеющая сталь включает в себя Cr13 тип, Cr17 тип, Cr25-28 тип и т.д. Благодаря высокому содержанию хрома и низкому содержанию углерода, коррозионная стойкость и стойкость к высокотемпературному окислению лучше, чем у мартенситной нержавеющей стали, особенно стойкость к коррозии под напряжением.

Однако ферритная нержавеющая сталь обладает низкой стойкостью к точечной коррозии и межкристаллитная коррозия сопротивление.

Ферритная нержавеющая сталь в основном используется для изготовления оборудования и деталей, устойчивых к высокотемпературному окислению, коррозии концентрированной серной кислотой и газовой серной коррозии.

2. Коррозионная стойкость хромоникелевой нержавеющей стали

Никель обладает более сильной пассивной способностью, чем железо, а также более термодинамически стабилен, что благоприятно для повышения коррозионной стойкости стали.

Особенно при добавлении определенного количества никеля в нержавеющую сталь можно получить однофазную аустенитную структуру нержавеющей стали, что значительно повышает прочность, пластичность и технологичность материала.

Хромоникелевая нержавеющая сталь является наиболее типичной аустенитной нержавеющей сталью, содержащей более 18% хрома и более 8% никеля, образуя такие типы хромоникелевой нержавеющей стали, как 18-8 (или 18-9), 18-12, 25-20 (HK40) и др.

Хромоникелевая нержавеющая сталь обладает отличной коррозионной стойкостью как в окислительных, так и в неокислительных средах, но ее устойчивость к локальной коррозии, такой как коррозия под напряжением, межкристаллитная коррозия и питтинг, оставляет желать лучшего.

Локальная коррозия может быть подавлена путем легирования, например, контроль содержания углерода, снижение содержания P и N, увеличение Ni, а также добавление Si, Mo, Cu и т.д. может улучшить коррозионную стойкость под напряжением.

Аустенит-Ферритная двухфазная сталь - это еще одна разновидность хромоникелевой нержавеющей стали, которая сочетает в себе характеристики ферритной и аустенитной стали и обладает взаимодополняющими характеристиками.

Кроме того, к хромоникелевым нержавеющим сталям относится и нержавеющая сталь, упрочняемая осадками (PH).

3. Кислотостойкая сталь

Кислотостойкая сталь относится к нержавеющей стали, обладающей особой коррозионной стойкостью в некоторых сильных агрессивных средах.

Для некоторых видов кислотостойкой стали характерна исключительная коррозионная стойкость только в определенных средах.

Поэтому при выборе кислотостойкой стали необходимо всесторонне учитывать свойства и состояние коррозионной среды, а также проводить соответствующие технико-экономические испытания, чтобы убедиться, что материал может надежно работать в сильной коррозионной среде.

3. Коррозионная стойкость цветных металлов

В производстве обычно используются такие цветные металлы, как алюминий, медь, магний, титан и другие. Кроме того, цветные металлы, такие как цинк, олово, кадмий, золото, серебро, свинец, часто используются в качестве материалов покрытия и футеровки.

I. Алюминий и алюминиевые сплавы

1. Коррозионная стойкость чистого алюминия

Чистый алюминий обладает плохой химической стабильностью, но имеет хорошие пассивирующие свойства, которые могут быстро генерировать плотную, хорошо защищенную оксидную пленку на воздухе, и поэтому обладает хорошей коррозионной стойкостью.

Al2O3 является амфотерным, поэтому при pH среды менее 4 или более 10 оксидная пленка становится нестабильной и поврежденной, защита теряется, что приводит к коррозия алюминия усиливаться. Алюминий обладает хорошей коррозионной стойкостью на воздухе и в воде.

2. Коррозионная стойкость алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы обычно прочнее чистого алюминия, но менее коррозионностойки. Алюминиевые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в промышленной атмосфере, морской атмосфере, пресной и морской воде, но могут подвергаться питтингу.

Алюминиевые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в окислительных средах благодаря легкости пассивации, но легко подвергаются локальной коррозии, такой как точечная, щелевая коррозия, коррозия под напряжением в неокислительных средах.

2. Магний и магниевые сплавы

1. Коррозионная стойкость магния

Магний неустойчив в большинстве неорганических и органических кислот, но вполне стабилен в хромовой и плавиковой кислотах, что связано с переходом защитной поверхностной пленки в пассивное состояние. Магний не устойчив к коррозии в морской и промышленной атмосфере.

2. Коррозионная стойкость магниевые сплавы

С точки зрения коррозионной стойкости магниевых сплавов, деформируемые магниевые сплавы менее коррозионностойки, чем литые магниевые сплавы, так как они более чувствительны к SCC.

Однако в целом коррозионная стойкость магниевых сплавов невысока, поэтому при их использовании необходимо принимать эффективные меры защиты.

3. Медь и медные сплавы

1. Коррозионная стойкость меди

Медь обладает относительно высокой химической стабильностью и положительным электродным потенциалом, поэтому она обычно не корродирует в кислых растворах.

В неокисляющих кислотах медь обладает высокой химической стабильностью, но в окисляющих кислотах ее коррозионная стойкость оставляет желать лучшего.

Медь подвержена сильной коррозии и в других окислительных средах.

Медь обладает хорошей коррозионной стойкостью в различных атмосферных условиях, но она подвержена сильной коррозии во влажном воздухе, содержащем газы SO2, H2S и Cl2.

Кроме того, он также подвергается коррозии в растворах гидроксида аммония и цианида из-за образования комплексных ионов.

2. Коррозионная стойкость медных сплавов

Медные сплавы обычно обладают лучшей коррозионной стойкостью, чем чистая медь, благодаря совместному воздействию высокой термодинамической стабильности основной меди и защитной поверхностной пленки, образуемой элементами сплава.

Поэтому картина коррозии медных сплавов иногда также демонстрирует некоторые характеристики пассивных металлов.

В неокисляющих кислотах медные сплавы обладают высокой химической стабильностью.

Медные сплавы обладают хорошей коррозионной стойкостью в различных атмосферных условиях. Другие виды коррозионной стойкости такие же, как у меди.

Существует множество видов медных сплавов, которые можно разделить на две категории: латунь и бронза. Относительно коррозионная стойкость латуни невысока, особенно с точки зрения склонности к коррозионному растрескиванию под напряжением (сезонное растрескивание латуни) и селективной коррозии (децинкрустация латуни).

4. Титан и титановые сплавы

1. Коррозионная стойкость титана

Титан обладает плохой термодинамической стабильностью и активными химическими свойствами, но в окислительных средах на его поверхности образуется плотная защитная оксидная пленка, которая находится в стабильном пассивном состоянии.

С одной стороны, защитная пленка обладает хорошими свойствами самовосстановления, а с другой - очень устойчива в различных растворах (в том числе хлоридных). В результате титан обладает отличной коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах и широко используется в технике.

2. Коррозионная стойкость титановых сплавов

Коррозионностойкий титановый сплав Элементы можно разделить на две группы: одна группа - это драгоценные металлы, такие как Pd, Ru, Pt, добавление следовых количеств которых может значительно повысить коррозионную стойкость сплава.

Другая группа - Ta, Nb и Mo, которые дешевле, но обладают заметным антикоррозийным эффектом только при высоком содержании.

Существует не так много коммерчески доступных титановых сплавов с хорошей коррозионной стойкостью. В процессе эксплуатации титановые сплавы могут подвергаться таким видам коррозии, как щелевая коррозия, водородная хрупкость, коррозия под напряжением, коррозия в зоне сварки и естественная взрывная коррозия.

В заключение следует отметить, что титан и титановые сплавы не только обладают хорошей коррозионной стойкостью, но и более высокой прочностью и жаростойкостью, чем другие материалы, что делает их незаменимым конструкционным материалом для многих областей и очень перспективным.

4. Заключение

В этом посте рассказывается о коррозионной стойкости некоторых широко используемых металлов и сплавов.

Изучая эту главу, следует сосредоточиться на изучении коррозионной стойкости и влияющих на нее факторов железоуглеродистых сплавов, нержавеющей стали и некоторых цветных металлов, а также на понимании основных функций элементов коррозионно-стойких сплавов и области их применения.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх